TWI822527B - 感測像素電路、影像感測器和電子裝置 - Google Patents

感測像素電路、影像感測器和電子裝置 Download PDF

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Abstract

一種感測像素電路、影像感測器和電子裝置。該感測像素電路包括：單光子雪崩二極體和感測單元，單光子雪崩二極體被配置為探測光信號並輸出電脈衝信號；感測單元被配置為基於單光子雪崩二極體輸出預定數量的電脈衝信號而輸出感測信號。

Description

感測像素電路、影像感測器和電子裝置
本申請要求於2022年05月30日遞交的美國臨時專利申請第63/346,913號、於2022年09月19日遞交的美國臨時專利申請第63/408,093號以及於2022年10月04日遞交的美國臨時專利申請第63/412,889號的優先權，在此全文引用上述所有美國臨時專利申請的內容以作為本申請的一部分。本公開的實施例涉及一種感測像素電路、影像感測器和電子裝置。
影像感測器是一種將光學影像轉換成電子信號的設備，被廣泛地應用在數位相機和其他電子光學設備中。影像感測器利用光電器件的光電轉換功能將感光面上的光轉換為與光成相應比例關係的電信號，從而實現光感測。傳統影像感測器受限於光電流轉電壓的操作模式，所採用的各種模擬器件的結構較為複雜，從而導致傳統影像感測器的結構較複雜；此外，傳統影像感測器透過常規光電二極體進行光檢測，常規光電二極體的檢測靈敏度較低，在待檢測光較弱時，常規光電二極體可能無法檢測到該待檢測光，從而導致傳統影像感測器的檢測靈敏度較低。因此，如何實現簡化影像感測器的結構、如何提高檢測的靈敏度等成為需要解決的問題。
針對上述至少一個問題，本公開至少一個實施例提供一種感測像素電路，包括：單光子雪崩二極體和感測單元，其中，所述單光子雪崩二極體被配置為探測光信號並輸出電脈衝信號；以及所述感測單元被配置為基於所述單光子雪崩二極體輸出預定數量的電脈衝信號而輸出感測信號。
例如，在本公開至少一個實施例提供的感測像素電路中，所述感測單元包括正反器。
例如，在本公開至少一個實施例提供的感測像素電路中，所述預定數量為1；所述正反器包括D型正反器；所述D型正反器的時脈信號端連接至所述單光子雪崩二極體的輸出端；所述D型正反器的D輸入端被配置為接收第一位準信號；所述D型正反器的輸出端被配置為輸出所述感測信號；以及所述D型正反器的重置控制端或設定控制端被配置為接收重置信號。
例如，在本公開至少一個實施例提供的感測像素電路中，所述預定數量為1；所述正反器包括同步RS正反器，所述同步RS正反器的時脈信號端連接至所述單光子雪崩二極體的輸出端，所述同步RS正反器的設定輸入端被配置為接收第一位準信號；所述同步RS正反器的重置輸入端被配置為接收第二位準信號；所述同步RS正反器的輸出端被配置為輸出所述感測信號；以及所述同步RS正反器的重置控制端或設定控制端被配置為接收重置信號。
例如，在本公開至少一個實施例提供的感測像素電路中，所述預定數量為n，n為大於1的整數；所述感測單元包括n個D型正反器和輸出模組，所述n個D型正反器串聯連接；所述n個D型正反器中的第i+1級D型正反器的D輸入端連接至第i級D型正反器的輸出端，所述n個D型正反器中的第一級D型正反器的輸入端接收第一位準信號，其中，i為正整數且小於n；所述n個D型正反器的輸出端均連接至所述輸出模組；所述n個D型正反器的時脈信號端均連接至所述單光子雪崩二極體的輸出端；所述n個D型正反器的重置控制端或設定控制端均被配置為接收重置信號；所述輸出模組在所述n個D型正反器的輸出端均輸出所述第一位準信號時，輸出所述感測信號。
例如，在本公開至少一個實施例提供的感測像素電路中，所述第一位準信號為高位準信號，所述輸出模組為具有n輸入的及閘。
例如，在本公開至少一個實施例提供的感測像素電路中，所述感測單元為SR閂鎖器；所述SR閂鎖器的設定端與所述單光子雪崩二極體的輸出端連接；所述SR閂鎖器的重置端被配置為接收重置信號；以及所述SR閂鎖器的輸出端被配置為輸出所述感測信號。
例如，在本公開至少一個實施例提供的感測像素電路中，所述感測單元包括計數器；以及所述計數器被配置為對所述單光子雪崩二極體輸出的電脈衝信號進行計數以得到計數值，並在所述計數值等於所述預定數量時輸出所述感測信號。
例如，在本公開至少一個實施例提供的感測像素電路中，所述感測單元還被配置為在輸出所述感測信號之後，根據重置信號進行重置操作。
本公開至少一個實施例還提供一種影像感測器，包括陣列排列的多個感測像素單元，其中，每個感測像素單元包括根據本公開任一實施例所述的感測像素電路。
例如，本公開至少一個實施例提供的影像感測器還包括：列解碼器和列仲裁器，其中，每個感測像素單元還包括輸出請求電路；所述輸出請求電路被配置為基於所述感測像素電路輸出的感測信號，輸出請求信號至所述列仲裁器；所述列仲裁器被配置為在接收到所述多個感測像素單元中的至少一個感測像素單元輸出的請求信號時進行仲裁，以確定目標感測像素單元，且控制所述列解碼器輸出與所述目標感測像素單元對應的列選擇信號。
例如，本公開至少一個實施例提供的影像感測器還包括：讀取電路，其中，所述讀取電路被配置為在接收到所述目標感測像素單元輸出的資料之後輸出重置信號至所述目標感測像素單元，以對所述目標感測像素單元中的感測像素電路進行重置。
例如，本公開至少一個實施例提供的影像感測器還包括：列解碼器和讀取電路，其中，所述多個感測像素單元陣列排列以形成多個感測像素單元列，每個感測像素單元還包括輸出電路，所述列解碼器被配置為分時輸出多個列選擇信號分別至所述多個感測像素單元列；每個感測像素單元的輸出電路被配置為在所述感測像素單元所在的感測像素單元列對應的列選擇信號的控制下，輸出所述感測像素單元的感測像素電路輸出的感測信號至所述讀取電路。
例如，在本公開至少一個實施例提供的影像感測器中，所述列解碼器還被配置為分時輸出多個重置信號分別至所述多個感測像素單元列，以分別對所述多個感測像素單元列中的感測像素單元進行重置。
例如，本公開至少一個實施例提供的影像感測器還包括：濾波模組，其中，所述濾波模組設置在所述感測像素電路中的單光子雪崩二極體的光入射端，且被配置為對入射到所述單光子雪崩二極體中的光進行濾波。
本公開至少一個實施例還提供一種電子裝置，包括：根據本公開任一實施例所述的影像感測器。
例如，本公開至少一個實施例提供的電子裝置還包括：光源模組，其中，所述光源模組被配置為發射具有預定波長的待測光；並且所述影像感測器被配置為感測被待測對象反射的待測光。
根據本公開的實施例提供的感測像素電路、影像感測器和電子裝置，利用單光子雪崩二極體（Single Photon Avalanche Diode，SPAD）的特性，透過計數單光子雪崩二極體產生預定數量的電脈衝信號來達成特定事件的偵測輸出，使得影像感測器能夠實現特定事件的檢測和成像。由於單光子雪崩二極體可以對單個光子進行檢測，從而可以提高光檢測的靈敏度；此外，透過簡單的器件即可對單光子雪崩二極體輸出的電脈衝信號進行捕獲和/或計數，從而實現事件檢測，由此可以簡化感測像素電路的結構，減小像素面積，增加解析度，降低成本。
為了使得本公開實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本公開實施例的附圖，對本公開實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本公開的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本公開的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本公開保護的範圍。
除非另外定義，本公開使用的技術術語或者科學術語應當為本公開所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本公開中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語並不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。“包括”或者“包含”等類似的詞語意指出現該詞前面的元件或者物件涵蓋出現在該詞後面列舉的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“連接”或者“相連”等類似的詞語並非限定於物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的。
為了保持本公開實施例的以下說明清楚且簡明，本公開省略了部分已知功能和已知部件的詳細說明。
傳統影像感測器的結構比較複雜，檢測靈敏度較低。在本公開的實施例中，將單光子雪崩二極體應用在影像感測器中，包含單光子雪崩二極體的每個感測像素電路可以作為影像感測器的一個像素。當單光子雪崩二極體檢測到光信號並產生預定數量的電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體感測到滿足一定條件的光，即具有預定數量的光子數，該滿足一定條件的光可以代表要檢測的特定事件，例如黑暗環境中出現了亮光。例如，在黑暗環境中，當單光子雪崩二極體檢測到光信號並產生預定數量的電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體感測到對應於預定數量的光子數的光，表明黑暗環境中出現了一定程度的亮光事件。又例如，在非黑暗的環境中，當單光子雪崩二極體檢測到特定波長或特定波長範圍內的光信號並產生預定數量的電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體感測到對應於該特定波長或特定波長範圍的預定光子數的光，表明該環境中出現了特定波長或特定波長範圍的光照的事件。在本公開的實施例中，預定數量可以根據實際應用設定。例如，當預定數量設定為1時，表明只要檢測到光子就表示事件發生。當預定數量設定為大於1時，表明需要檢測到超過1個光子時才表示事件發生。將預定數量設定為大於1可以在一定程度上消除雜訊或背景光的影響。包含感測像素電路的影像感測器可以在單光子雪崩二極體產生預定數量的電脈衝信號時進行資料讀取操作，由此實現對特定事件的感測和成像。
根據本公開實施例的感測像素電路包括：單光子雪崩二極體和感測單元，其中，單光子雪崩二極體被配置為探測光信號並輸出電脈衝信號；以及感測單元被配置為基於單光子雪崩二極體輸出預定數量的電脈衝信號而輸出感測信號。在本公開的實施例提供的感測像素電路中，由於單光子雪崩二極體可以對單個光子進行檢測，從而可以提高光檢測的靈敏度、提升光譜回應範圍以及降低功耗；此外，透過簡單的器件即可對單光子雪崩二極體輸出的電脈衝信號進行捕獲和/或計數，從而實現事件檢測，由此可以簡化感測像素電路的結構，減小像素面積，增加解析度，降低成本。
本公開的實施例還提供一種影像感測器和電子裝置。影像感測器包括如上所述的感測像素電路，並可應用於本公開實施例提供的電子裝置。該電子裝置可以是數位相機、數位攝像機、電子光學設備等設備。
下面結合附圖對本公開的實施例進行詳細說明，但是本公開並不限於這些具體的實施例。
圖1為本公開至少一個實施例提供的一種感測像素電路的示意性方塊圖。
如圖1所示，感測像素電路1000可以包括單光子雪崩二極體1100和感測單元1200。
單光子雪崩二極體1100被配置為探測光信號並輸出電脈衝信號，例如，電脈衝信號為高位準脈衝信號。
感測單元1200被配置為基於單光子雪崩二極體輸出預定數量的電脈衝信號而輸出感測信號。在本公開中，當單光子雪崩二極體輸出預定數量的電脈衝信號，則表示該單光子雪崩二極體感測到預定數量的光子，其可以對應於相應的事件，從而感測單元1200可以輸出感測信號以指示檢測到目標事件。
例如，預定數量可以為1、2、3等，預定數量可以根據實際情況設置，本公開的實施例對此不作具體限制。在本公開中，預定數量的值越大，則表示需要感測到越多的光子，才表示檢測到事件發生，“預定數量為1”表示當單光子雪崩二極體感測到一個光子，則表示事件發生；“預定數量為2”表示當單光子雪崩二極體感測到兩個光子，則表示事件發生；“預定數量為3”表示當單光子雪崩二極體感測到三個光子，則表示事件發生。
感測單元1200還可以被配置為在輸出感測信號之後，根據重置信號進行重置操作，以等待後續光子再度觸發。
例如，感測單元1200實現為任何可以進行脈衝偵測和/或計數的器件，例如，計數器、正反器、閂鎖器等。
例如，在一個實施例中，感測單元1200包括正反器，單光子雪崩二極體1100輸出的電脈衝信號可以作為正反器的時脈信號，從而觸發正反器輸出感測信號。正反器可以為D型正反器、JK正反器、同步RS正反器等。
在本公開的實施例中，可以透過改變正反器的數量來改變目標計數，例如，設置預定數量的正反器，則可以實現對單光子雪崩二極體進行預定數量的電脈衝信號的計數。透過簡單的器件即可容易地實現可以各種不同數量的電脈衝計數，使得該感測像素電路可以適應不同的應用場景。
在本公開的實施例提供的感測像素電路中，當單光子雪崩二極體檢測到光信號並產生預定數量的電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體感測到滿足一定條件的光，該滿足一定條件的光可以代表要檢測的特定事件，從而感測單元可以輸出感測信號以指示檢測到該特定事件。包含感測像素電路的影像感測器可以在單光子雪崩二極體產生預定數量的電脈衝信號時進行資料讀取操作，由此實現對特定事件的感測和成像。
圖2A為本公開至少一個實施例提供的一種感測像素電路的結構示意圖，在圖2A所示的示例中，預定數量為1，即每當單光子雪崩二極體1100產生一個電脈衝信號，則表示該感測像素電路1000感測到光，該電脈衝信號觸發該D型正反器輸出感測信號Vtr。
如圖2A所示，在一個實施例中，正反器包括一個D型正反器。D型正反器的時脈信號端CK1連接至單光子雪崩二極體1100的輸出端，D型正反器的輸入端D被配置為接收第一位準信號V1，D型正反器的輸出端Qd被配置為輸出感測信號Vtr，D型正反器的重置控制端R D或設定控制端S D被配置為接收重置信號Vr。
D型正反器可以為邊緣（例如，上升邊緣）觸發的D型正反器，從而提高D型正反器的可靠性，增強抗干擾能力，此時，當單光子雪崩二極體1100探測光信號而輸出一個電脈衝信號時，該電脈衝信號作為控制D型正反器的時脈信號被輸入至D型正反器的時脈信號端CK1，在該電脈衝信號的上升邊緣，D型正反器的輸出端Qd輸出第一位準信號V1作為感測信號Vtr。若第一位準信號V1為高位準信號，則感測信號Vtr為高位準信號，若第一位準信號V1為低位準信號，則感測信號Vtr為低位準信號。
在D型正反器處於正常觸發狀態的情況下，D型正反器的重置控制端R D和設定控制端S D均接收高位準信號。當將低位準信號輸入至D型正反器的重置控制端R D且將高位準信號輸入至D型正反器的設定控制端S D，可以實現將D型正反器的輸出端Qd重置為低位準信號；當將高位準信號輸入至D型正反器的重置控制端R D且將低位準信號輸入至D型正反器的設定控制端S D，可以實現將D型正反器的輸出端Qd設定為高位準信號。
在重置信號Vr的控制下，可以對D型正反器的輸出端Qd進行重置操作，重置操作可以表示將D型正反器的輸出端Qd重置為低位準信號，也可以表示將D型正反器的輸出端Qd設定為高位準信號。在圖2A所示的示例中，第一位準信號V1為高位準信號，當D型正反器的輸出端Qd輸出感測信號Vtr之後，重置信號Vr（在一個示例中，重置信號Vr為低位準信號）被傳輸至D型正反器的重置控制端R D，從而將D型正反器的輸出端Qd重置為低位準信號；在另一個示例中，第一位準信號V1為低位準信號，當D型正反器的輸出端Qd輸出該感測信號Vtr之後，重置信號Vr（在一個示例中，重置信號Vr為低位準信號）被傳輸至D型正反器的設定控制端S D，從而將D型正反器的輸出端Qd設定為高位準信號。
需要說明的是，在另一些實施例中，D型正反器的輸出端QBd被配置為輸出感測信號Vtr，此時，若第一位準信號V1為高位準信號，則感測信號Vtr為低位準信號，若第一位準信號V1為低位準信號，則感測信號Vtr為高位準信號。
圖2A所示的感測像素電路1000可以應用於影像感測器，此時，每當感測像素電路1000中的單光子雪崩二極體1100檢測到光信號並輸出一個電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體1100感測到滿足一定條件（即檢測到一個光子）的光，該滿足一定條件的光代表要檢測的特定事件，由此，感測像素電路1000中的D型正反器輸出感測信號Vtr，此時，影像感測器可以對該感測像素電路1000進行資料讀取操作，由此實現對特定事件的感測和成像。例如，影像感測器中的像素可以感測到從場景中的某個物體反射或發射的滿足一定條件的光，表明發生了場景中的該物體反射或發射滿足一定條件的光的事件，此時，該影像感測器輸出的影像可以體現該物體的輪廓，由此實現對該物體進行感測。
圖2B為本公開至少一個實施例提供的另一種感測像素電路的結構示意圖，在圖2B所示的示例中，預定數量為1，即當單光子雪崩二極體1100產生一個電脈衝信號時，則表示該感測像素電路感測到光，該電脈衝信號觸發該同步RS正反器輸出感測信號Vtr。
如圖2B所示，在一個實施例中，正反器包括同步RS正反器。同步RS正反器的時脈信號端CK2連接至單光子雪崩二極體1100的輸出端，同步RS正反器的設定輸入端S被配置為接收第一位準信號V1，同步RS正反器的重置輸入端R被配置為接收第二位準信號V2，同步RS正反器的輸出端Q被配置為輸出感測信號Vtr，同步RS正反器的重置控制端R D或設定控制端S D被配置為接收重置信號Vr。
例如，第一位準信號V1為高位準信號，第二位準信號V2為低位準信號；或者，第一位準信號V1為低位準信號，第二位準信號V2為高位準信號。
同步RS正反器可以為位準觸發的正反器。當單光子雪崩二極體1100探測光信號而輸出一個電脈衝信號時，該電脈衝信號作為控制同步RS正反器觸發的時脈信號被輸入至同步RS正反器的時脈信號端CK2。在第一位準信號V1為高位準信號，第二位準信號V2為低位準信號情況下，在電脈衝信號處於高位準期間，同步RS正反器的輸出端Q輸出的感測信號Vtr為高位準信號；在第一位準信號V1為低位準信號，第二位準信號V2為高位準信號情況下，在電脈衝信號處於高位準期間，同步RS正反器的輸出端Q輸出的感測信號Vtr為低位準信號。
在同步RS正反器處於正常觸發狀態的情況下，同步RS正反器的重置控制端R D和設定控制端S D均接收高位準信號。當將低位準信號輸入至同步RS正反器的重置控制端R D且將高位準信號輸入至同步RS正反器的設定控制端S D，可以實現將同步RS正反器的輸出端Q重置為低位準信號；當將高位準信號輸入至同步RS正反器的重置控制端R D且將低位準信號輸入至同步RS正反器的設定控制端S D，可以實現將同步RS正反器的輸出端Q設定為高位準信號。
在重置信號Vr的控制下，可以對同步RS正反器的輸出端Q進行重置操作，重置操作可以表示將同步RS正反器的輸出端Q重置為低位準信號，也可以表示將同步RS正反器的輸出端Q設定為高位準信號。如圖2B所示，在一個示例中，在第一位準信號V1為高位準信號，第二位準信號V2為低位準信號情況下，當同步RS正反器的輸出端Q輸出高位準的感測信號Vtr之後，重置信號Vr（例如重置信號Vr為低位準信號）被傳輸至同步RS正反器的重置控制端R D，從而將同步RS正反器的輸出端Q重置為低位準信號；在另一個示例中，在第一位準信號V1為低位準信號，第二位準信號V2為高位準信號情況下，當同步RS正反器的輸出端Q輸出低位準的感測信號Vtr之後，重置信號Vr（例如重置信號Vr為低位準信號）被傳輸至同步RS正反器的設定控制端S D，從而將同步RS正反器的輸出端Q設定為高位準信號。
需要說明的是，在另一些實施例中，同步RS正反器的輸出端QB被配置為輸出感測信號Vtr。此時，在第一位準信號V1為高位準信號，第二位準信號V2為低位準信號情況下，在電脈衝信號處於高位準期間，同步RS正反器的輸出端QB輸出的感測信號Vtr為低位準信號；在第一位準信號V1為低位準信號，第二位準信號V2為高位準信號情況下，在電脈衝信號處於高位準期間，同步RS正反器的輸出端QB輸出的感測信號Vtr為高位準信號。
圖2B所示的感測像素電路1000可以應用於影像感測器，此時，每當感測像素電路1000中的單光子雪崩二極體1100檢測到光信號並輸出一個電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體1100感測到滿足一定條件（即檢測到一個光子）的光，該滿足一定條件的光代表要檢測的特定事件，由此，感測像素電路1000中的同步RS正反器輸出感測信號Vtr，此時，影像感測器可以對該感測像素電路1000進行資料讀取操作，由此實現對特定事件的感測和成像。
在一個實施例中，預定數量為n，n為大於1的整數，此時，感測單元1200包括n個D型正反器和輸出模組，n個D型正反器串聯連接；n個D型正反器中的第i+1級D型正反器的D輸入端連接至第i級D型正反器的輸出端，n個D型正反器中的第一級D型正反器的輸入端接收第一位準信號，其中，i為正整數且小於n；n個D型正反器的輸出端均連接至輸出模組；n個D型正反器的時脈信號端均連接至單光子雪崩二極體1100的輸出端；n個D型正反器的重置控制端或設定控制端均被配置為接收重置信號；輸出模組在n個D型正反器的輸出端均輸出第一位準信號時，輸出感測信號。在該實施例中，單光子雪崩二極體1100必須崩潰n次以產生n個電脈衝信號，才表示該感測像素電路感測到光，才會產生並輸出感測信號，表明檢測到特定事件，從而可以降低暗雜訊（Dark noise）誤觸發機率，提高事件檢測的準確性。
例如，在一些實施例中，第一位準信號為高位準信號，輸出模組為具有n輸入的及閘。
圖2C為本公開至少一個實施例提供的又一種感測像素電路的結構示意圖，在圖2C所示的示例中，預定數量為2，即當單光子雪崩二極體1100產生兩個電脈衝信號時，則表示該感測像素電路感測到光，從而輸出模組輸出感測信號Vtr。
如圖2C所示，在一個示例中，n為2，即感測單元1200包括2個D型正反器，輸出模組包括2輸入的及閘（AND GATE），該2個D型正反器分別為D型正反器1和D型正反器2，該2個D型正反器串聯設置，D型正反器1為第一級D型正反器，D型正反器2為第二級D型正反器，D型正反器1的D輸入端D接收第一位準信號V1，D型正反器1的輸出端Qd連接至D型正反器2的D輸入端D，D型正反器1的輸出端Qd還連接至及閘的第一輸入端a1，D型正反器2的輸出端Qd連接至及閘的第二輸入端a2，D型正反器1的時脈信號端CK1和D型正反器2的時脈信號端CK1均連接至單光子雪崩二極體1100的輸出端，D型正反器1的重置控制端R D或設定控制端S D和D型正反器2的重置控制端R D或設定控制端S D被配置為接收重置信號Vr。
D型正反器1和D型正反器2均為邊緣（例如，上升邊緣）觸發的D型正反器。在初始狀態，D型正反器1的輸出端Qd和D型正反器2的輸出端Qd均輸出低位準信號。當單光子雪崩二極體1100探測光信號而輸出第一個電脈衝信號時，該第一個電脈衝信號作為控制D型正反器1和D型正反器2觸發的時脈信號被輸入至D型正反器1的時脈信號端CK1和D型正反器2的時脈信號端CK1，在該第一個電脈衝信號的上升邊緣，D型正反器1的輸出端Qd輸出的信號Q1為第一位準信號V1，此時，D型正反器2的輸出端Qd輸出的信號Q2為仍然為低位準信號，從而及閘輸出的信號為低位準信號；當單光子雪崩二極體1100探測光信號而輸出第二個電脈衝信號時，在該第二個電脈衝信號的上升邊緣，D型正反器1的輸出端Qd輸出的信號Q1為第一位準信號V1，D型正反器2的輸出端Qd輸出的信號Q2也為第一位準信號V1，從而及閘輸出的信號為高位準信號，該高位準信號即為感測信號Vtr。
例如，在另一些實施例中，第一位準信號V1為低位準信號，輸出模組可以在接收到n個D型正反器輸出的n個低位準信號時，輸出低位準的感測信號Vtr。例如，輸出模組可以包括具有n輸入的反及閘和n個反閘，若n為2，此時，輸出模組包括具有2輸入的反及閘和2個反閘，D型正反器1的輸出端Qd連接至一個反閘的輸入端，該一個反閘的輸出端連接至反及閘的一個輸入端，D型正反器2的輸出端Qd連接至另一個反閘的輸入端，該另一個反閘的輸出端連接至反及閘的另一個輸入端。D型正反器1和D型正反器2的其餘連接關係與圖2C中的一致，重複之處不再贅述。此時，當D型正反器1的輸出端Qd輸出的信號Q1為低位準的第一位準信號V1，D型正反器2的輸出端Qd輸出的信號Q2也為低位準的第一位準信號V1，從而反及閘輸出的信號為低位準信號，該低位準信號即為感測信號Vtr。
需要說明的是，輸出模組的具體結構可以根據實際情況設置，本公開對此不作具體限制。
在圖2C所示的示例中，在一個示例中，第一位準信號V1為高位準信號，當及閘輸出感測信號Vtr之後，重置信號Vr（重置信號Vr為低位準信號）被傳輸至D型正反器1的重置控制端R D和D型正反器2的重置控制端R D，從而將D型正反器1的輸出端Qd和D型正反器2的輸出端Qd均重置為低位準信號；在另一個示例中，第一位準信號V1為低位準信號，當及閘輸出該感測信號Vtr之後，重置信號Vr（重置信號Vr為低位準信號）被傳輸至D型正反器1的設定控制端S D和D型正反器2的設定控制端S D，從而將D型正反器1的輸出端Qd和D型正反器2的輸出端Qd均設定為高位準信號。
圖2C所示的感測像素電路1000可以應用於影像感測器，此時，每當感測像素電路1000中的單光子雪崩二極體1100檢測到光信號並輸出兩個電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體1100感測到滿足一定條件（即檢測到兩個光子）的光，該滿足一定條件的光代表要檢測的特定事件，由此，感測像素電路1000中的及閘輸出感測信號Vtr，此時，影像感測器可以對該感測像素電路1000進行資料讀取操作，由此實現對特定事件的感測和成像。由於在該示例中，單光子雪崩二極體1100必須崩潰2次，感測像素電路1000才會輸出感測信號以指示檢測到特定事件，從而可以降低暗雜訊誤觸發機率，提高事件感測的準確性，避免誤感測。
圖3為本公開至少一個實施例提供的又一種感測像素電路的結構示意圖。
如圖3所示，在一個實施例中，預定數量為1，感測單元1200為SR閂鎖器（SR latch）。SR閂鎖器的設定端S與單光子雪崩二極體1100的輸出端連接；SR閂鎖器的重置端R被配置為接收重置信號Vr；SR閂鎖器的輸出端Q被配置為輸出感測信號Vtr。
當單光子雪崩二極體1100探測光信號而輸出一個高位準的電脈衝信號時，該電脈衝信號被傳輸至SR閂鎖器的設定端S，SR閂鎖器的輸出端Q輸出高位準的感測信號Vtr。
在圖3所示的示例中，重置信號Vr為高位準信號，當SR閂鎖器的輸出端Q輸出該感測信號Vtr之後，重置信號Vr被傳輸至SR閂鎖器的重置端R，從而將SR閂鎖器的輸出端Q重置為低位準信號。
需要說明的是，在另一些實施例中，SR閂鎖器的輸出端QB被配置為輸出感測信號Vtr，此時，感測信號Vtr為低位準信號。
例如，在一些實施例中，感測單元1200可以包括計數器，計數器被配置為對單光子雪崩二極體1100輸出的電脈衝信號進行計數以得到計數值，並在計數值等於預定數量時輸出感測信號。
例如，計數器可以為數位計數器等。
圖4為本公開至少一個實施例提供的再一種感測像素電路的結構示意圖。
如圖4所示，在一個實施例中，預定數量為1，感測單元1200為SR閂鎖器（RS latch）。圖4所示的SR閂鎖器的功能和連接方式與圖3所示的SR閂鎖器的功能和連接方式均相同，在此不再贅述。
圖3和圖4所示的感測像素電路1000應用於影像感測器，此時，每當感測像素電路1000中的單光子雪崩二極體1100檢測到光信號並輸出一個電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體1100感測到滿足一定條件（即檢測到一個光子）的光，該滿足一定條件的光代表要檢測的特定事件，由此，感測像素電路1000中的SR閂鎖器輸出感測信號Vtr，此時，由於該感測像素電路1000感測到特定事件，從而影像感測器可以對該感測像素電路1000進行資料讀取操作，由此實現對特定事件的感測和成像。
例如，如圖2A~圖4所示，感測像素電路1000還包括淬熄電路（quenching circuit），淬熄電路用於對單光子雪崩二極體1100進行淬熄重置。在圖2A~圖3所示的示例中，淬熄電路連接至單光子雪崩二極體1100的正極，單光子雪崩二極體1100的負極接收偏置電壓VDD，該偏置電壓VDD為高位準電壓；在圖4所示的示例中，淬熄電路連接至單光子雪崩二極體1100的負極，單光子雪崩二極體1100的正極接收偏置電壓VSS，該偏置電壓VSS為低位準電壓。
需要說明的是，圖4以感測單元1200為SR閂鎖器為例，但是應當理解，在不矛盾的情況下，圖4所示的淬熄電路的連接方式適應於本公開的圖2A~圖3中任一所示的單光子雪崩二極體1100。
本公開的實施例提供的感測像素電路1000可以應用於影像感測器，此時，當單光子雪崩二極體輸出預定數量的電脈衝信號時，則表示單光子雪崩二極體感測到對應於預定數量的光子數的光，表明出現了特定事件，從而使得感測像素電路1000輸出感測信號，由此實現事件的偵測輸出，有別於傳統影像感測器受限於電流轉電壓操作模式而導致影像感測器的結構較為複雜，佔用面積較大，在本公開中，透過簡單的器件進行電脈衝信號的捕獲和/或計數從而實現事件檢測，由此可以簡化影像感測器中的感測像素電路的結構，減小像素面積，增加解析度，降低成本；此外，有別於傳統影像感測器透過常規光電二極體進行光檢測而導致檢測靈敏度較低，在本公開中，由於利用單光子雪崩二極體實現光檢測，從而可以提高光檢測的靈敏度，進而提高事件檢測的靈敏度，還可以提升光譜回應範圍以及降低功耗。
本公開至少一個實施例還提供一種影像感測器，在一個實施例中，該影像感測器可以為事件相機（Event-based Camera，也稱動態視覺感測器（DVS，Dynamic Vision Sensor））。
圖5A為本公開至少一個實施例提供的一種影像感測器的示意圖，圖5B為本公開至少一個實施例提供的另一種影像感測器的示意圖，圖6A為本公開至少一個實施例提供的一種影像感測器對應的信號時序的示意圖，圖6B為本公開至少一個實施例提供的另一種影像感測器對應的信號時序的示意圖。圖6A所示的信號時序的示意圖對應於圖5A所示的影像感測器，圖6B所示的信號時序的示意圖對應於圖5B所示的影像感測器。
如圖5A和圖5B所示，影像感測器2000可以包括陣列排列的多個感測像素單元Px，多個感測像素單元Px排列為M列N行，即多個感測像素單元Px陣列排列以形成多個感測像素單元列Row，如圖5A和圖5B示出了兩個感測像素單元列Row1和RowM。
圖5A和圖5B 示出了4個感測像素單元Px(1,1)、Px(1,N)、Px(M,1)和Px(M,N)，分別位於第一列第一行，第一列第N行，第M列第一行和第M列第N行。多個感測像素單元Px的結構可以相同，下面以感測像素單元Px(1,1)為例進行描述。
例如，每個感測像素單元Px包括本公開上述任一實施例所述的感測像素電路1000。在圖5A和圖5B中，以感測像素電路1000為圖3所示的感測像素電路1000為例進行描述，但是應該理解，每個感測像素單元Px中的感測像素電路可以為圖2A~圖4任一示出的感測像素電路1000。
例如，如圖5A所示，在一個實施例中，影像感測器2000還包括列解碼器2100、列仲裁器2200和讀取電路2300，每個感測像素單元Px還包括輸出請求電路2001和輸出電路2002。
輸出請求電路2001被配置為基於感測像素電路1000輸出的感測信號，輸出請求信號Vreq至列仲裁器2200，即當感測像素電路1000輸出的感測信號時，輸出請求電路2001輸出該請求信號Vreq至列仲裁器2200。在圖5A 所示的示例中，輸出請求電路2001包括第一電晶體T1，第一電晶體T1的閘極連接至感測像素電路1000的輸出端Q，以接收感測像素電路1000輸出的感測信號；第一電晶體T1的第一極接收請求信號Vreq，例如，第一電晶體T1的第一極可以接地，以接收接地信號作為請求信號Vreq；第一電晶體T1的第二極透過請求信號線Rrq連接至列仲裁器2200。
列仲裁器2200被配置為在接收到多個感測像素單元Px中的至少一個感測像素單元輸出的請求信號Vreq時進行仲裁，以確定目標感測像素單元，且控制列解碼器2100輸出與目標感測像素單元對應的列選擇信號。列仲裁器2200可以避免不同列的感測像素單元同時輸出，從而避免讀取資料出現錯誤，例如，若感測像素單元Px(1,1)和Px(M,1)同時輸出請求信號Vreq至列仲裁器2200，列仲裁器2200可以透過其內部的判斷機制進行選擇，以確定優先讀取哪個感測像素單元，若優先讀取感測像素單元Px(1,1)，則感測像素單元Px(1,1)作為目標感測像素單元；若優先讀取感測像素單元Px(M,1)，則感測像素單元Px(M,1)作為目標感測像素單元。
需要說明的是，列仲裁器2200可以仲裁多個目標感測像素單元，該多個目標感測像素單元位於同一列，也就是說，位於同一列的多個目標感測像素單元可以同時進行資料讀取。例如，若目標感測像素單元Px(1,1)和Px(1,N)同時輸出請求信號至列仲裁器2200，由於目標感測像素單元Px(1,1)和Px(1,N)位於同一列，此時列仲裁器2200可以仲裁確定目標感測像素單元Px(1,1)和Px(1,N)均為目標感測像素單元，從而可以同時對目標感測像素單元Px(1,1)和Px(1,N)進行資料讀取。
目標感測像素單元Px中的輸出電路2002被配置為接收列解碼器2100輸出的列選擇信號，並在列選擇信號的控制下，輸出資料Q_OUT至讀取電路2300。
例如，在圖5A 所示的示例中，輸出電路2002包括第二電晶體T2和第三電晶體T3，第二電晶體T2的閘極透過列選擇信號線Rse連接至列解碼器2100以接收對應的列選擇信號Vrse，第二電晶體T2的第一極連接至第三電晶體T3的第二極，第二電晶體T2的第二極連接至讀取電路2300，例如第二電晶體T2的第二極透過讀取線DL連接至讀取電路2300；第三電晶體T3的閘極連接至感測像素電路1000的輸出端Q，以接收感測像素電路1000輸出的感測信號Vtr，第三電晶體T3的第一極接收資料Q_OUT，例如，第三電晶體T3的第一極可以接地，以接收接地信號作為資料Q_OUT。
例如，每個感測像素單元Px中的感測像素電路1000的重置端透過重置信號線RL連接至讀取電路2300，讀取電路2300被配置為在接收到目標感測像素單元輸出的資料之後輸出重置信號至目標感測像素單元，以對目標感測像素單元中的感測像素電路進行重置。如圖5A所示，感測像素單元Px(1,1)中的感測像素電路1000的重置端R透過重置信號線RL連接至讀取電路2300，讀取電路2300可以經由重置信號線RL將重置信號Vr傳輸至感測像素單元Px(1,1)中的感測像素電路1000的重置端R，以實現對感測像素單元Px(1,1)中的感測像素電路1000的輸出端Q進行重置操作。
例如，在圖5A所示的示例中，位於同一列的感測像素單元Px連接至同一條請求信號線和同一條列選擇信號線，例如，感測像素單元Px(1,1)和Px(1,N)連接至同一條請求信號線Rrq和同一條列選擇信號線Rse。
例如，在圖5A所示的示例中，位於同一行的感測像素單元Px連接至相同的讀取線DL和相同的重置信號線RL，例如，感測像素單元Px(1,1)和Px(M,1)連接至同一條讀取線DL和同一條重置信號線RL。
在圖5A所示的示例中，讀取電路2300讀取資料的方式是基於像素（pixel-base）感測到光而執行的。圖6A示出pixel-base方式進行資料讀取的信號時序的示意圖。
如圖6A所示，在時段t1中，第K感測像素單元列的一個感測像素單元Px（以下稱為感測像素單元PxK）輸出請求信號Vreq_K至列仲裁器2200，透過列仲裁器2200仲裁之後確定該感測像素單元PxK為目標感測像素單元，從而列仲裁器2200控制列解碼器2100輸出與第K感測像素單元列對應的列選擇信號Vrse_K至第K感測像素單元列，此時，讀取電路2300讀取該感測像素單元PxK的資料Q_OUTK，在讀取電路2300讀取資料Q_OUTK之後，可以輸出高位準（1）的重置信號Vr至感測像素單元PxK的重置端，以對感測像素單元PxK進行重置。
如圖6A所示，在時段t4中，第H感測像素單元列的一個感測像素單元Px（以下稱為感測像素單元PxH）輸出請求信號Vreq_H至列仲裁器2200，透過列仲裁器2200仲裁之後確定該感測像素單元PxH為目標感測像素單元，從而列仲裁器2200控制列解碼器2100輸出與第H感測像素單元列對應的列選擇信號Vrse_H至第H感測像素單元列，此時，讀取電路2300讀取該感測像素單元PxH的信號Q_OUTH，在讀取電路2300讀取信號Q_OUTH之後，可以輸出高位準（1）的重置信號Vr至感測像素單元PxH的重置端，以對感測像素單元PxH進行重置。
如圖6A所示，在時段t2、時段t3和時段t5中，沒有感測像素單元輸出請求信號（即NA），從而讀取電路2300不讀取資料，由此可以節省功耗。
例如，如圖5B所示，在一個實施例中，影像感測器2000還包括列解碼器2100和讀取電路2300，每個感測像素單元Px還包括輸出電路2003。
列解碼器2100被配置為分時輸出多個列選擇信號分別至多個感測像素單元列Row。
每個感測像素單元Px的輸出電路2003被配置為在感測像素單元Px所在的感測像素單元列對應的列選擇信號的控制下，輸出感測像素單元Px的感測像素電路輸出的感測信號至讀取電路2300。
在圖5B所示的示例中，輸出電路2003可以包括開關SW，開關SW的控制端被配置為與對應的列選擇信號線Rse連接以接收對應的列選擇信號；開關SW的輸出端透過讀取線DL連接至讀取電路2300；開關SW的輸入端連接至感測像素電路1000中的輸出端Q，以接收感測像素電路1000輸出的感測信號。當開關SW在對應的列選擇信號的控制下導通時，感測信號被輸出至讀取電路2300。
例如，列解碼器2100還被配置為分時輸出多個重置信號分別至多個感測像素單元列Row，以分別對多個感測像素單元列Row中的感測像素單元進行重置。在圖5B所示的示例中，感測像素單元Px(1,1)中的感測像素電路1000的重置端R透過重置信號線RL連接至列解碼器2100，列解碼器2100可以經由重置信號線RL將重置信號傳輸至感測像素單元Px(1,1)中的感測像素電路1000的重置端R，以實現對感測像素單元Px(1,1)中的感測像素電路1000的輸出端Q進行重置操作。
例如，在圖5B所示的示例中，位於同一列的感測像素單元Px連接至同一條列選擇信號線和同一條重置信號線，例如，感測像素單元Px(1,1)和Px(1,N)連接至同一條列選擇信號線Rse和同一條重置信號線RL。
例如，在圖5B所示的示例中，位於同一行的感測像素單元Px連接至相同的讀取線DL，例如，感測像素單元Px(1,1)和Px(M,1)連接至同一條讀取線DL。
在圖5B所示的示例中，讀取電路2300讀取資料的方式是基於圖框（frame-base）而執行的。在frame-base方式中，可以分時依次對影像感測器2000中的各個感測像素單元列進行掃描並讀取資料。圖6B示出frame-base方式進行資料讀取的信號時序的示意圖。
如圖6B所示，在時段t1~tM中，列解碼器2100依次輸出列選擇信號Vrse_1~ Vrse_M分別至M個感測像素單元列，從而使得M個感測像素單元列分別輸出信號Vtr_1~ Vtr_M。例如，在時段t1中，列解碼器2100輸出列選擇信號Vrse_1至第一感測像素單元列，讀取電路2300讀取信號Vtr_1；在讀取電路2300讀取信號Vtr_1之後，列解碼器2100可以輸出高位準的重置信號Vr至第一感測像素單元列中的所有感測像素單元的重置端，以對第一感測像素單元列中的所有感測像素單元進行重置；依次類推，在時段tM中，列解碼器2100輸出列選擇信號Vrse_M至第M感測像素單元列，讀取電路2300讀取信號Vtr_M；在讀取電路2300讀取信號Vtr_M之後，列解碼器2100可以輸出高位準（1）的重置信號Vr至第M感測像素單元列中的所有感測像素單元的重置端，以對第M感測像素單元列中的所有感測像素單元進行重置。
例如，在圖6B所示的示例中，時段t1~tM中的每個時段可以為一圖框（frame）。
例如，信號Vtr_1~ Vtr_M中的每一個包括一個感測像素單元列中的所有感測像素單元的輸出端輸出的信號，例如，該信號Vtr_1包括第一感測像素單元列中的所有感測像素單元輸出的信號，該信號Vtr_M包括第M感測像素單元列中的所有感測像素單元輸出的信號。信號Vtr_1~Vtr_M中的每一個可能包括至少一個感測信號，也可能不包括感測信號。在一個示例中，讀取電路2300讀取第二感測像素單元列得到信號Vtr_2，在讀取信號Vtr_2時，該第二感測像素單元列的第一個感測像素單元、第X個感測像素單元和第M個感測像素單元分別輸出高位準的感測信號Vtr_21、Vtr_2X和Vtr_2M，該第二感測像素單元列的其餘感測像素單元輸出的信號均為低位準信號，則該信號Vtr_2包括感測信號Vtr_21、感測信號Vtr_2X、感測信號Vtr_2M以及其餘感測像素單元輸出的低位準信號。
圖7為本公開至少一個實施例提供的一種影像感測器的應用場景的示意圖。
例如，如圖7所示，在一些實施例中，影像感測器2000還包括濾波模組2400。濾波模組2400設置在感測像素電路中的單光子雪崩二極體的光入射端，且被配置為對入射到單光子雪崩二極體中的光進行濾波，以使得預定波長的光被入射到單光子雪崩二極體中。
在圖7所示的應用場景中，透過設置濾波模組2400以濾除各種不需要被檢測的背景光，以使得單光子雪崩二極體僅僅檢測預定波長或預定波長範圍內的光信號，避免非檢測光（例如，背景環境光等）的干擾，提高事件感測的準確性，同時可以使得影像感測器2000可以適應各種環境，擴大其應用範圍。
像素單元陣列為圖5A和圖5B所示的多個感測像素單元Px構成的陣列，光源模組2700發出的待測光通過光發射元件2600進行處理之後入射到待測對象上，然後，待測對象對光源模組2700發出的待測光和背景光進行反射，該反射光依次經由光接收元件2500和濾波模組2400之後，該反射光中的待測光入射至像素單元陣列上。像素單元陣列中的每個感測像素單元中的感測像素電路的單光子雪崩二極體感測該待測光，每當單光子雪崩二極體感測該待測光而輸出預定數量的電脈衝信號時，該感測像素電路的感測單元輸出感測信號，即表示感測像素電路感測到光；然後，該感測像素單元中的輸出請求電路輸出請求信號至列仲裁器，當列仲裁器確定需要對該感測像素單元進行資料讀取，則列仲裁器控制列解碼器輸出與該感測像素單元對應的列選擇信號，該感測像素單元的輸出電路在該對應的列選擇信號的控制下，輸出該感測像素單元的感測像素電路輸出的感測信號至讀取電路，從而實現資料讀取，至此影像感測器2000實現事件檢測。
例如，光源模組2700可以包括雷射光源等。光源模組2700發出的待測光的波長可以為940奈米。
例如，光接收元件2500和光發射元件2600的具體結構可以根據實際情況設置，本公開不作限制。光接收元件2500和光發射元件2600中的每個可以包括至少一個透鏡。
在圖7所示的示例中，濾波模組2400位於光接收元件2500和像素單元陣列之間。本公開不限於此，濾波模組2400也可以塗佈在光接收元件2500中的透鏡的表面；或者，濾波模組2400也可以塗佈在像素單元陣列的表面。本公開對濾波模組2400的位置不作具體限制，只要濾波模組2400能夠在由待測對象反射的反射光入射到單光子雪崩二極體之前對該反射光進行濾波即可。
例如，影像感測器2000可以設置在電動汽車上，此時，該待測對象可以為電動汽車之外的物體，例如，人、動物、植物（例如，樹木）、汽車等。例如，影像感測器2000可以設置在監控設備上，當監控設備用於對房間進行監控時，該待測對象可以為房間中的物體，例如，家電設備、傢俱（例如，桌子、椅子等）、房間中的人、動物和植物等。
影像感測器可以實現與前述感測像素電路相似或相同的技術效果，在此不再贅述。
本公開至少一個實施例還提供一種電子裝置。圖8為本公開至少一個實施例提供的一種電子裝置的示意性方塊圖。
如圖8所示，電子裝置3000包括影像感測器3001，影像感測器3001可以為本公開任一實施例所述的影像感測器，例如，上述影像感測器2000，關於影像感測器3001所實現的功能的具體說明可以參考上述影像感測器2000的相關描述。
圖8所示的電子裝置3000的元件和結構只是示例性的，而非限制性的，根據需要，該電子裝置3000還可以包括其他元件和結構。
例如，電子裝置3000可以包括光源模組，光源模組被配置為發射具有預定波長的待測光。例如，光源模組可以為圖7所示的光源模組2700，關於光源模組的具體說明可以參考上述對於光源模組2700的描述，重複之處不再贅述。預定波長可以為940奈米，然而本公開對此不作具體限制，預定波長可以根據實際情況設置。
需要說明的是，本公開不限於此，光源模組被配置為發射處於預定波長範圍內的待測光，即影像感測器3001可以對預定波長範圍內的光進行檢測。
例如，影像感測器3001被配置為感測被待測對象反射的待測光。
例如，在一些實施例中，電子裝置3000還可以包括光接收元件和光發射元件。例如，光接收元件可以實現彙聚光的作用，光發射元件可以實現發散光的作用。光接收元件和光發射元件可以分別為圖7所示的光接收元件2500和光發射元件2600，關於光接收元件和光發射元件的具體說明可以參考上述對於光接收元件2500和光發射元件2600的描述，重複之處不再贅述。
例如，電子裝置3000可以為數位相機、數位攝像機、電子光學設備等。例如，電子裝置3000可以設置在監控設備、電動汽車等上。
電子裝置3000可以實現與前述影像感測器相似或相同的技術效果，在此不再贅述。
本公開的至少一個實施例提供一種感測像素電路、影像感測器和電子裝置，利用單光子雪崩二極體的特性，透過計數單光子雪崩二極體產生預定數量的電脈衝信號來達成特定事件的偵測輸出，從而實現事件檢測，使得影像感測器能夠實現特定事件的檢測和成像。由於單光子雪崩二極體可以對單個光子進行檢測，從而可以提高光檢測的靈敏度、提升光譜回應範圍以及降低功耗；此外，透過簡單的器件即可對單光子雪崩二極體輸出的電脈衝信號進行捕獲和/或計數，從而實現事件檢測，由此可以簡化感測像素電路的結構，減小像素面積，增加解析度，降低成本。此外，結合光源模組輸出特定波長或特定波長範圍內的光信號並結合濾波模組濾除除了特定波長或特定波長範圍內的光信號之外的光，以使得單光子雪崩二極體僅感測該特定波長或特定波長範圍內的光信號，可以使得應用單光子雪崩二極體的影像感測器可以應用在任意環境中，以適應各種不同的場景，擴大其應用範圍。
對於本公開，還有以下幾點需要說明：
（1）本公開實施例附圖只涉及到與本公開實施例涉及到的結構，其他結構可參考通常設計。
（2）在不衝突的情況下，本公開的實施例及實施例中的特徵可以相互組合以得到新的實施例。
以上所述僅為本公開的具體實施方式，但本公開的保護範圍並不局限於此，本公開的保護範圍應以所述申請專利範圍的保護範圍為準。
1000:感測像素電路 1100:單光子雪崩二極體 1200:感測單元 V1、V2:位準信號 Vtr:感測信號 Vr:重置信號 VDD、VSS:偏置電壓 1、2:D型正反器 Q1、Q2:信號 2000、3001:影像感測器 Px:感測像素單元 Row1、RowM:感測像素單元列 Px(1,1)、Px(1,N)、Px(M,1)、Px(M,N):像素單元 2100:列解碼器 2200:列仲裁器 2300:讀取電路 2400:濾波模組 2500:光接收元件 2600:光發射元件 2700:光源模組 2001:輸出請求電路 2002:輸出電路 2003:輸出電路 Vreq:請求信號 T1～T3:電晶體 Rrq:請求信號線 Vrse:列選擇信號 Rse:列選擇信號線 DL:讀取線 Q_OUT:資料 DL:讀取線 SW:開關 t1~tM:時段 3000:電子裝置
為了更清楚地說明本公開實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本公開的一些實施例，而非對本公開的限制。 圖1為本公開至少一個實施例提供的一種感測像素電路的示意性方塊圖； 圖2A為本公開至少一個實施例提供的一種感測像素電路的結構示意圖； 圖2B為本公開至少一個實施例提供的另一種感測像素電路的結構示意圖； 圖2C為本公開至少一個實施例提供的又一種感測像素電路的結構示意圖； 圖3為本公開至少一個實施例提供的又一種感測像素電路的結構示意圖； 圖4為本公開至少一個實施例提供的再一種感測像素電路的結構示意圖； 圖5A為本公開至少一個實施例提供的一種影像感測器的示意圖； 圖5B為本公開至少一個實施例提供的另一種影像感測器的示意圖； 圖6A為本公開至少一個實施例提供的一種影像感測器對應的信號時序的示意圖； 圖6B為本公開至少一個實施例提供的另一種影像感測器對應的信號時序的示意圖； 圖7為本公開至少一個實施例提供的一種影像感測器的應用場景的示意圖；以及 圖8為本公開至少一個實施例提供的一種電子裝置的示意性方塊圖。
1000:感測像素電路
1100:單光子雪崩二極體
1200:感測單元

Claims (16)

  1. 一種感測像素電路，包括：單光子雪崩二極體和感測單元，其中，所述單光子雪崩二極體被配置為探測光信號並輸出電脈衝信號；以及所述感測單元被配置為基於所述單光子雪崩二極體輸出預定數量的電脈衝信號而輸出感測信號，其中所述感測單元還被配置為在輸出所述感測信號之後，根據重置信號進行重置操作。
  2. 如請求項1所述的感測像素電路，其中，所述感測單元包括正反器。
  3. 如請求項2所述的感測像素電路，其中，所述預定數量為1；所述正反器包括D型正反器；所述D型正反器的時脈信號端連接至所述單光子雪崩二極體的輸出端；所述D型正反器的D輸入端被配置為接收第一位準信號；所述D型正反器的輸出端被配置為輸出所述感測信號；以及所述D型正反器的重置控制端或設定控制端被配置為接收重置信號。
  4. 如請求項2所述的感測像素電路，其中，所述預定數量為1； 所述正反器包括同步RS正反器，所述同步RS正反器的時脈信號端連接至所述單光子雪崩二極體的輸出端，所述同步RS正反器的設定輸入端被配置為接收第一位準信號；所述同步RS正反器的重置輸入端被配置為接收第二位準信號；所述同步RS正反器的輸出端被配置為輸出所述感測信號；以及所述同步RS正反器的重置控制端或設定控制端被配置為接收重置信號。
  5. 如請求項1所述的感測像素電路，其中，所述預定數量為n，n為大於1的整數；所述感測單元包括n個D型正反器和輸出模組，所述n個D型正反器串聯連接；所述n個D型正反器中的第i+1級D型正反器的D輸入端連接至第i級D型正反器的輸出端，所述n個D型正反器中的第一級D型正反器的輸入端接收第一位準信號，其中，i為正整數且小於n；所述n個D型正反器的輸出端均連接至所述輸出模組；所述n個D型正反器的時脈信號端均連接至所述單光子雪崩二極體的輸出端；所述n個D型正反器的重置控制端或設定控制端均被配置為接收重置信號； 所述輸出模組在所述n個D型正反器的輸出端均輸出所述第一位準信號時，輸出所述感測信號。
  6. 如請求項5所述的感測像素電路，其中，所述第一位準信號為高位準信號，所述輸出模組為具有n輸入的及閘。
  7. 如請求項1所述的感測像素電路，其中，所述感測單元為SR閂鎖器；所述SR閂鎖器的設定端與所述單光子雪崩二極體的輸出端連接；所述SR閂鎖器的重置端被配置為接收重置信號；以及所述SR閂鎖器的輸出端被配置為輸出所述感測信號。
  8. 如請求項1所述的感測像素電路，其中，所述感測單元包括計數器；以及所述計數器被配置為對所述單光子雪崩二極體輸出的電脈衝信號進行計數以得到計數值，並在所述計數值等於所述預定數量時輸出所述感測信號。
  9. 一種影像感測器，包括陣列排列的多個感測像素單元，其中，每個感測像素單元包括如請求項1~8任一項所述的感測像素電路。
  10. 如請求項9所述的影像感測器，還包括：列解碼器和列仲裁器，其中，每個感測像素單元還包括輸出請求電路；所述輸出請求電路被配置為基於所述感測像素電路輸出的感測 信號，輸出請求信號至所述列仲裁器；所述列仲裁器被配置為在接收到所述多個感測像素單元中的至少一個感測像素單元輸出的請求信號時進行仲裁，以確定目標感測像素單元，且控制所述列解碼器輸出與所述目標感測像素單元對應的列選擇信號。
  11. 如請求項10所述的影像感測器，還包括讀取電路，其中，所述讀取電路被配置為在接收到所述目標感測像素單元輸出的資料之後輸出重置信號至所述目標感測像素單元，以對所述目標感測像素單元中的感測像素電路進行重置。
  12. 如請求項9所述的影像感測器，還包括：列解碼器和讀取電路，其中，所述多個感測像素單元陣列排列以形成多個感測像素單元列，每個感測像素單元還包括輸出電路，所述列解碼器被配置為分時輸出多個列選擇信號分別至所述多個感測像素單元列；每個感測像素單元的輸出電路被配置為在所述感測像素單元所在的感測像素單元列對應的列選擇信號的控制下，輸出所述感測像素單元的感測像素電路輸出的感測信號至所述讀取電路。
  13. 如請求項12所述的影像感測器，其中，所述列解碼器還被配置為分時輸出多個重置信號分別至所述多個感測像素單元列，以分別對所述多個感測像素單元列中的感測像素單元進行重置。
  14. 如請求項10~13任一項所述的影像感測器，還包括：濾波模組，其中，所述濾波模組設置在所述感測像素電路中的單光子雪崩二極體的光入射端，且被配置為對入射到所述單光子雪崩二極體中的光進行濾波。
  15. 一種電子裝置，包括：如請求項10~14任一項所述的影像感測器。
  16. 如請求項15所述的電子裝置，還包括：光源模組，其中，所述光源模組被配置為發射具有預定波長的待測光；並且所述影像感測器被配置為感測被待測對象反射的待測光。
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